Generador Manual Mecanico Electrico Y Pr.docx

INTRODUCCIÓN

Existen multitud de aparatos que funcionan mediante la corriente eléctrica y debido a que; estos aparatos son gran utilidad al hombre, en aspecto científico industrial y doméstico, importante que el alumno conozca y experimente las diferentes formas de obtener corriente eléctrica. Los generadores eléctricos son aparatos que convierten la energía mecánica en energía eléctrica.

RESUMEN

GENERADOR MANUAL MECÁNICO ELÉCTRICO Y PROCESO DE LA INDUCCIÓN EN EL CAMPO ELÉCTRICO I.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

II.

OBJETIVO: Hacer un generador de bajo costo demostrando la trasformación de energía mecánica (utilizando la fuerza motora) en energía eléctrica, comprobando esto con el foco.

III.

IV.

JUSTIFICACIÓN III.I HECHOS OBSERVADOS QUE MOTIVARON A LA INVESTIGACIÓN: Es evidente que en un apagón se nos resultará muy difícil algunas situaciónes III.II III.III APORTE SOCIALES: III.IV III.V APORTE TEÓRICO: III.VI ANTECEDENTES

V.

BASES TEÓRICAS O MARCO TEÓRICO

Con fines didácticos definiremos los principales componente del proyecto.

GENERADOR Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday que dice que para que se genere una corriente eléctrica debe haber un movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético.

Generador de una fase que genera una corriente eléctrica alterna (cambia periódicamente de sentido), haciendo girar un imán permanente cerca de una bobina.

Hay 2 formas de energía eléctrica, la primera es la corriente continua que fue desarrollada por Edison y la segunda fue desarrollada por Nikola Tesla y es la corriente alterna que es con la que actualmente se trabaja para las líneas de transmisión a nivel mundial. Para el primer el primer tipo de energía eléctrica sólo hay 3 maneras de generarla: 1. Con una reacción química (redox) que es la que ocurre con las baterías y pilas eléctricas. 2. Celdas fotovoltaicas. Que es muy ineficiente ya que se usa más energía para hacer un panel que la que entregará en toda su vida útil. Pero es

útil para dar energía a zonas a las que no pueden llegar las líneas de trasmisión. 3. Motor-generador de C.D. Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases. El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.

Otros sistemas de generación de corrientes eléctricas No sólo es posible obtener una corriente eléctrica a partir de energía mecánica de rotación sino que es posible hacerlo con cualquier otro tipo de energía como punto de partida. Desde este punto de vista más amplio, los generadores se clasifican en dos tipos fundamentales:  Primarios: Convierten en energía eléctrica la energía de otra naturaleza que reciben o de la que disponen inicialmente, como alternadores, dinamos, etc.  Secundarios: Entregan una parte de la energía eléctrica que han recibido previamente, es decir, en primer lugar reciben energía de una corriente eléctrica y la almacenan en forma de alguna clase de energía. Posteriormente, transforman nuevamente la energía almacenada en energía eléctrica. Un ejemplo son las pilas o baterías recargables. Nos avocaremos a los primarios mediante un modelo ideal, que definiremos de la siguiente manera. Generadores primarios: Se indican de modo esquemático la energía de partida y el proceso físico de conversión. Se ha considerado en todos los casos conversiones directas de energía.

ENERGIA DE PARTIDA

PROCESO FISICO QUE CONVIERTE DICHA ENERGIA EN ENERGIA ELECTRICA

Energía magneto-mecánica

Son los más frecuentes y fueron tratados como generadores eléctricos genéricos.  Corriente continua: Dinamo  Corriente alterna: Alternador

Energía mecánica (sin intervención de campos magnéticos)

   

Triboelectricidad Cuerpos frotados Máquinas electrostáticas, como el generador de Van de Graaff Piezoelectricidad

Generadores ideales Desde el punto de vista teórico (teoría de circuitos) se distinguen dos tipos de generadores ideales:

1. Generador de voltaje o tensión: un generador de voltaje ideal mantiene un voltaje fijo entre sus terminales con independencia de la resistencia de la carga Rc que pueda estar conectada entre ellos. 2. Generador de corriente o intensidad: un generador de corriente ideal mantiene una corriente constante por el circuito externo con independencia de la resistencia de la carga que pueda estar conectada entre ellos.

En la (Figura 1) se ve el circuito más simple posible, constituido por un generador de tensión constante E conectada a una carga Rc y en donde se cumpliría la ecuación:

𝐸 = 𝐼 × 𝑅𝑐

Figura 1: Generador de tensión ideal; E = I×Rc

El generador descrito no tiene existencia real en la práctica, ya que siempre posee lo que, convencionalmente, se ha dado en llamar resistencia interna, que aunque no es realmente una resistencia, en la mayoría de los casos se comporta como tal. En la (Figura 2) se puede ver el mismo circuito anterior, pero donde la resistencia interna del generador viene representada por una resistencia Ri, en serie con el generador, con lo que la ecuación anterior se transforma en: 𝐸 = 𝐼 × (𝑅𝑐 + 𝑅𝑖)

Figura 2: E = I×(Rc+Ri)

Así, un generador real puede considerarse en muchos casos como un generador ideal de tensión con una resistencia interna en serie, o bien como un generador ideal de intensidad en paralelo con una resistencia.

Fuerza electromotriz de un generador Una característica de cada generador es su fuerza electromotriz (F.E.M.), simbolizada por la letra griega épsilon (ε), y definida como el trabajo que el generador realiza para pasar la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo por el interior del generador.

La F.E.M. (ε) se mide en voltios y en el caso del circuito de la Figura 2, sería igual a la tensión E, mientras que la diferencia de potencial entre los puntos a y b, 𝑉𝑎−𝑏 es dependiente de la carga 𝑅𝑐 . La F.E.M. (ε) y la diferencia de potencial coinciden en valor en ausencia de carga, ya que en este caso, al ser 𝐼 = 0 no hay caída de tensión en𝑅𝑖 y por tanto 𝑉𝑎−𝑏 = 𝐸

Dinamo (generador eléctrico) Una dinamo o dínamo es un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante el fenómeno de la inducción electromagnética, generando una corriente continua.

La Dinamo en el automóvil Uno de los usos más comunes que se le dio a la dinamo fue el de generador de energía eléctrica para el automóvil. A medida que, desde principios del siglo XX, los automóviles se iban haciendo más complejos, se demostró que los sistemas de generación de energía eléctrica con los que se contaba (principalmente magnetos) no eran lo suficientemente potentes para las necesidades del vehículo. Aunque se trataba de un elemento que proporcionaba la energía necesaria con relativamente poco peso, presentaba ciertos problemas. El más importante era que la velocidad de rotación que se le suministraba nunca era constante, ya que las revoluciones del motor están continuamente variando, siendo requisito el que tenía que ser capaz de suministrar la misma corriente en ralentí, movimiento lento, aun cuando el motor estuviera a pleno rendimiento. Esto se solucionó con los reguladores que, aunque son sencillos en su diseño, requieren de un reglaje muy delicado. Estos dispositivos debían ser capaces de regular el voltaje y la intensidad. Además debería evitar que la dinamo funcionara como un motor eléctrico cuando el vehículo estuviera al ralentí, que es cuando prácticamente no produce energía, para que el flujo de corriente no se invirtiera.

Usos comunes de la dinamo Las denominadas dinamos han sido ampliamente utilizadas por los ciclistas durante años. Gracias a la dinamo, que genera energía eléctrica, los ciclistas han podido circular por las noches por la carretera con una mínima iluminación. En realidad, las denominadas dinamos de bicicleta son alternadores, ya que consisten en un imán, solidario al eje de giro, y una bobina estática, sin delgas, ni escobillas, que rectifiquen la corriente. La corriente así producida es alterna y no continua, a pesar de ello, tradicionalmente, se les ha llamado dinamos.

Dinamo de botella convencional.

ALTERNADOR Un alternador es una máquina eléctrica, capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente alterna mediante inducción electromagnética. Los alternadores están fundados en el principio de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo y el valor del flujo que lo atraviesa. Un alternador de corriente alterna funciona cambiando constantemente la polaridad para que haya movimiento y genere energía. En el mundo se utilizan alternadores con una frecuencia de 50 Hz (Europa,..) o 60 Hz (Brasil, Estados Unidos,...), es decir, que cambia su polaridad 50 o 60 veces por segundo.

Características constructivas Un alternador consta de dos partes fundamentales, el inductor (no confundir con inductor o bobina, pues en la figura las bobinas actúan como inducido), que es el que crea el campo magnético y el inducido que es el conductor atravesado por las líneas de fuerza de dicho campo magnético.

Esquema de un generador síncrono de dos pares de polos con inductor de imanes permanentes.

Inductor: El rotor, que en estas máquinas coincide con el inductor, es el elemento giratorio del alternador, que recibe la fuerza mecánica de rotación. Para tener en cuenta son los inductores(inducido-inductor), básicamente es metal que se pone entre medio del hilo de cobre o imán, para que tenga más atracción magnética, también es importante que el metal inducido debe estar envuelto en cinta de papel y recién el hilo de cobre en él, (no tiene que tener contacto del cobre con el inductor, sino no funciona) y no hace falta que el inducido esté conectado con los otros, solo tiene que cumplir la función de aumentar la atracción magnética, estando en el medio del cobre, bobina, sin contacto con él.

Inducido: El inducido o estator es donde se encuentran unos cuantos pares de polos distribuidos de modo alterno y, en este caso, formados por un bobinado en

torno a un núcleo de material ferromagnético de característica blanda, normalmente hierro dulce. La rotación del inductor hace que su campo magnético, formado por imanes fijos, se haga variable en el tiempo, y el paso de este campo variable por los polos del inducido genera en él una corriente alterna que se recoge en los terminales de la máquina.

Aplicación: La principal aplicación del alternador es la de generar energía eléctrica de corriente alterna para entregar a la red eléctrica, aunque también, desde la invención de los rectificadores de silicio, son la principal fuente de energía eléctrica en todo tipo de vehículos como automóviles, aviones, barcos y trenes, desplazando a la dinamo por ser más eficiente y económico.

Fundamento físico El flujo magnético (Φ) a través de cada espira de las bobinas que constituyen el inducido tiene por valor el producto de la intensidad de campo (B), por la superficie de la espira (s) y por el coseno del ángulo formado por el plano que contiene a esta y la dirección del campo magnético (𝑐𝑜𝑠𝜑), por lo que el flujo en cada instante será: 𝐝∅ = 𝐁 × 𝐝𝐬 × 𝐜𝐨𝐬 ∅ Como por otra parte tenemos que siempre que se produce una variación del flujo magnético que atraviesa a una espira se produce en ella una fuerza electromotriz (E) inducida cuyo valor es igual a la velocidad de variación del flujo, por tanto tendremos que, 𝐄=−

𝐝∅ 𝐝𝐭

El signo menos delante de E expresa que, según la ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la genera. Si la fuerza electromotriz inducida en una espira es igual a E, la fuerza electromotriz total (ETOT) es igual a: ecuacion3

𝐄𝐓𝐎𝐓 = 𝐄 × 𝐧 Siendo “n” el número total de espiras del inducido. La frecuencia de la corriente alterna que aparece entre los terminales de la máquina se obtiene multiplicando la velocidad de rotación (número de vueltas por segundo) del inductor por el número de pares de polos del inducido (en el caso ilustrado).

Diagrama de un alternador simple con un núcleo magnético rotante (rotor) y alambre estacionario (estátor) mostrando además la corriente inducida en el estátor al hacer rotar el campo magnético del rotor

Inducción magnética La inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor. Cualquier dispositivo (batería, pila…) que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación.

La fuerza electromotriz ε (f.e.m.) de una fuente se define como el trabajo realizado por el dispositivo por unidad de carga, por lo que las unidades de fuerza electromotriz son los voltios. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un conductor, nos referimos a que aparece una f.e.m. (llamada f.e.m. inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida). La ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz inducida y el campo magnético es la Ley de Faraday:

𝜀=−

𝑑∅𝑚 𝑑𝑡

En donde ∅𝑚 es el flujo del campo magnético. Por tanto, para que aparezca una fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida debe variar el flujo del campo magnético a través de la superficie delimitada por el conductor. De la definición de flujo: ⃗ 𝑑𝑠 = ∫ 𝐵𝑑𝑠 cos 𝜃 ∅𝑚 = ∫ 𝐵 Se deduce que hay tres formas de variar el flujo del campo magnético: variar el módulo del campo, la superficie que lo atraviesa o el ángulo que forman ambos.

VI. VII.

METODOLOGIA APLICADA LIMITACIONES Algunos generadores eléctricos generan energía suficiente para vender a la red nacional, y a su vez, cubrir sus costos netos. Sin embargo, estas cosas requieren una inversión importante, mientras que nosotros sólo hemos querido que funcione rápido y barato. VIII. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS IX. CONCLUSIONES Este proyecto nos permite tener claro varios conceptos sobre recursos energéticos y las limitaciones que existen. X. RECOMENDACIONES XI. REFERENCIALES

OBJETIVOS:

La obtención de energía eléctrica a partir de la energía mecánica

TRABAJO DE FISICA III INSTRUMENTOS: - Dinamo marca ELEPHANT de 12 voltios y potencia: <3 -12> vatios. - Motor de lavadora, utilizado como cojinete, manija y eje para la transmisión - Aro de bicicleta utilizado como multiplicadora de rpm - Polea, diseñada de wachas y pernos, soldada y esmerilada.

- Hilo nylon - Hilo utilizado como banda para la transmisión tubo cuadrado de 550×2.5×50 mm 1

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Platinas de 2 mm ×1 pulg en 500, 200 y 100 mm.

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Un faro grande Un faro chico Cables Pintura sicromato como base anticorrosiva Dos docenas de soldaduras E6011 marca INDURA Resina y fibra de vidrio

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